二次曲线作为Mohr包线时的地基塑性区

基于Mohr强度理论和三轴试验结果,建立了Mohr破坏包线的二次型形式。与直线型Mohr-Coulomb准则相比,该破坏模型能反映土体抗剪强度增长随正应力增加逐渐趋缓的特点。在此基础上,基于弹性理论并且抛弃K=1的假设导出了求解塑性区的方程,与塑性区的几何方程一起构成可以求解的方程组。算例分析结果表明,由本法确定的结果有以下特点:临塑荷载较小且塑性区的形状和发展趋势也不同于传统法得出的结论。

基于PIV非接触式测试技术的黏土地基塑性区研究

随着基础荷载作用的增加,不同类型的地基土体将表现出不同的塑形区分布特征和破坏模式。本团队基于PIV技术利用自主研制的地基塑性区非接触式测试系统,自主设计模型试验方案,通过室内模型试验,研究了不同荷载作用下黏土的地基塑性区发展过程及其真实形态特征、地基破坏模式及承载力取值。本项目研究成果可为地基塑性区的研究提供重要的第一手资料,为地基承载力的取值提供新的途径。

浅基础地基塑性区非接触式测试装置的研制与应用

针对《土力学》课程中浅基础地基塑性区、地基破坏模式与地基承载力等内容,研制了浅基础地基塑性区非接触式测试装置。该装置由敞口钢结构地基模型箱、竖向加载与沉降系统、基于PIV技术的图像采集与处理系统等组成。该装置能实现地基变形、破坏等动态量化指标的非接触式测试,可用于研究浅基础地基塑性区的动态发展过程、塑性区形态特征及地基承载力的取值优化。该装置已应用于我校师生科研及学生创新性试验教学,效果良好,目前已获得国家实用新型专利授权。目前国内市场上还没有类似产品,该装置填补了国内地基塑性区测试仪器设备的空白,值得推广。

考虑土颗粒微细观运动的多尺度耦合有限元分析方法

土体是一种多相碎散性颗粒材料,具有显著的非均匀非连续力学特性。建立在单一宏观尺度上的经典弹塑性有限元法忽略了土体微细观尺度上的控制机制,不能模拟和预测土体跨尺度层次演化的变形-破坏过程。为研究土体微细观尺度上的物理细节和运动特征对宏观力学响应的影响规律,基于多尺度分层次的土体胞元模型,建立考虑土颗粒转动自由度的多尺度耦合颗粒微转动理论,并编制相应的颗粒微转动理论多尺度耦合有限元程序,对地基塑性区的开展深度进行模拟和预测。结果表明:颗粒微转动理论能有效地实现土颗粒微细观运动细节与土体宏观力学响应的跨尺度耦合关联,且可有效地克服经典有限元法的病态网格依赖性问题;土颗粒的转动位移主要集中在地基塑性区范围内,颗粒转动位移最大值为4°;地基塑性区的开展深度随地基土的颗粒粒径和弹性模量的增加而增大。地基塑性区跨尺度演化的微细观物理机制可解释为:土颗粒的微观转动削弱了颗粒之间应变的传递能力,进而形成塑性应变的集中和发展,最终导致地基的塑性区贯通而发生破坏。

顶管施工时后背土体抗力理论计算

顶管施工工作井临时支撑时,后背土体抗力计算采用土力学中有关地基塑性区理论,并推到出一个理论计算公式。为类似情况须验算后背土体抗力提供了一个可以借鉴的理论计算公式。